大家好，我是【廣州工控傳感★科技】傳感器事業(yè)部，張工。

第一部分重點(diǎn)介紹電壓薄膜傳感器系統(tǒng)的工作原理以及如何使用它們進(jìn)行測量。

大多數(shù)可穿戴設(shè)備使用電壓薄膜傳感器來測量心率和其他生物特征。該方法非常簡單，壓電薄膜傳感器基于以下工作原理：當(dāng)血流動力學(xué)發(fā)生變化時，例如脈搏率（心率）或血容量（心輸出量），光線進(jìn)入人體 發(fā)生可預(yù)見的散射。

MEAS壓電薄膜傳感器生成測量心率的PPG波形并將心率數(shù)據(jù)用作基礎(chǔ)生物特征值，但 PPG波形可以測量的遠(yuǎn)不止這些。雖然很難獲得和保持準(zhǔn)確的PPG測量值（我們將在下一篇文章中詳細(xì)討論），但如果您能夠成功獲得準(zhǔn)確的PPG測量值，它可以是強(qiáng)大的。PPG信號是當(dāng)今市場所需的大量生物識別技術(shù)的基礎(chǔ)。該信號代表多個生物特征測量值。

下面我們進(jìn)一步解讀MEAS壓電薄膜傳感器可以測量的結(jié)果：

呼吸頻率- 休息時較低的呼吸頻率通常表明身體狀況較好。

最大攝氧量 (VO2max) – VO2 衡量身體可以吸收的最大氧氣量，是一種廣泛使用的有氧耐力指標(biāo)。

血氧水平 (SpO2) - 指血液中的氧氣濃度。

R-R 間期（心率變異性）- R-R 間期是血液脈沖之間的時間； 一般來說，心跳間隔時間越長越好。 R-R 區(qū)間分析，可用作壓力水平和不同心臟問題的指標(biāo)。

血壓 - 使用 PPG 傳感器信號，無需使用血壓計即可測量血壓。

血液灌注- 灌注是指身體將血液推過循環(huán)系統(tǒng)的能力，尤其是在死亡時通過全身毛細(xì)血管床的能力。 因為 PPG 傳感器跟蹤血流，所以可以測量血液相對灌注率和血液灌注水平的變化。

心臟效率——這是心血管健康和身體狀況的另一個指標(biāo)。 一般來說，它衡量心臟每次中風(fēng)所做的工作率。

在可穿戴設(shè)備上設(shè)計心率傳感器很困難，因為設(shè)計方法受人體運(yùn)動的影響很大。 為了彌補(bǔ)這一點(diǎn)，您需要強(qiáng)大的光機(jī)械和信號提取算法。 描述您在設(shè)計心率傳感器時可能面臨的一些主要挑戰(zhàn)。

信號提取算法

下面提供了有關(guān)信號提取注意事項的更多詳細(xì)信息：

該算法是否在不同人群中得到驗證？ 這很重要，只有這樣的驗證才能保證設(shè)備在各種膚色、性別、體型和健康狀況下都能正常工作。

該算法是否對多種類型的運(yùn)動噪聲具有魯棒性？ 算法必須能夠在各種活動中正常工作，包括步行、跑步（快速和穩(wěn)定的跑步和間歇訓(xùn)練）、短跑、健身房訓(xùn)練以及打字或駕駛等日常活動。

算法能否繼續(xù)改進(jìn)以處理更多用例和新型生物特征？ 這一技術(shù)和可穿戴設(shè)備正在迅速發(fā)展。

靜息心率

當(dāng)人們想到健身時，休息”這個詞可能不是第一個想到的詞，但心率的靜息測量可以作為健身水平的一個很好的指標(biāo)。在不活動期間，靜息心率的降低與健康狀況的提高有關(guān)。一個人的靜息心率越低，他就越有可能減緩心血管疾病的進(jìn)展。

心率恢復(fù)

同樣，測量心率恢復(fù)——運(yùn)動后心臟恢復(fù)正常水平的能力一也可以預(yù)測健康水平和心臟功能。健康的心臟比不健康的心臟恢復(fù)得更快。較高的心率恢復(fù)率表明更好的耐力和更好的心血管健康。要評估您的心率恢復(fù)情況，您可以查看運(yùn)動期間的心率與停止運(yùn)動后一到兩分鐘之間的心率差異。

心率反應(yīng)

另一個有用的評估來自心率傳感器，在大約一分鐘的運(yùn)動后，是運(yùn)動時的心率反應(yīng)，這是一種生理反應(yīng)。工作肌肉活動增加導(dǎo)致交感神經(jīng)系統(tǒng)活動增加。健身水平越低，心率對運(yùn)動的反應(yīng)越靈敏。通過定期訓(xùn)練，身體會適應(yīng)。雖然心率仍會隨著運(yùn)動而增加，但身體必須更加努力地工作才能達(dá)到相同的速度。較高的心率反應(yīng)，加上變時性功能不全，也有助于預(yù)測頸動脈疾病。

心臟效率

定期鍛煉還可以提高心臟效率，這是心臟所做的工作與完成工作所需的能量之比。心臟效率越高，身體活動所需的跳動就越少。心臟效率是心臟健康的主要指標(biāo)。 心率下降與許多心血管疾病有關(guān)，包括高血壓。

心率變異性

身體活動或身體壓力也可以通過HRV評估，以評估心跳之間的時間變化。該措施可以表明心理社會或精神壓力，以及過度運(yùn)動。HRV 監(jiān)測壓力源對身體的影響，這與疲勞（精神和工作能力）以及執(zhí)行精神和工作任務(wù)的準(zhǔn)備程度有關(guān)。HRV還可以預(yù)測心律失常和心房顫動的發(fā)生率。